相信有不少工程師在使用功率放大器的時(shí)候都會(huì)遇到一個(gè)問題，那就是：由于測(cè)試的負(fù)載阻抗太大，因此在所需的頻率下，功率放大器的輸出電流無(wú)法達(dá)到需要的大小，功率放大器的性能無(wú)法完全釋放（該情況在磁場(chǎng)測(cè)試等場(chǎng)景中尤為多見）。

那么這個(gè)問題如何解決？我們今天就給大家介紹一種方法來(lái)改變我們的回路阻抗，也就是LC諧振電路。

什么是LC諧振電路？

諧振電路，是使用電感（L）和電容（C）在特定頻率下引起諧振的電路。諧振電路分串聯(lián)諧振電路和并聯(lián)諧振電路兩種。諧振時(shí)，串聯(lián)諧振電路的阻抗最小，并聯(lián)諧振電路的阻抗最大。

在此之前我們先給大家介紹一下諧振頻率，諧振頻率是物體或系統(tǒng)自然振動(dòng)的固有頻率。當(dāng)從外部以該頻率提供能量時(shí)，會(huì)產(chǎn)生稱為“諧振”的現(xiàn)象，從而使系統(tǒng)的振動(dòng)被放大。要想深入了解這種現(xiàn)象，需要先了解“固有振動(dòng)”的概念。固有振動(dòng)是指物體受到外部沖擊后以其自身的固有頻率產(chǎn)生的自然振動(dòng)。這個(gè)頻率是由物體的形狀、質(zhì)量和彈性決定的，無(wú)論外部沖擊的大小如何，物體只會(huì)以這個(gè)頻率振動(dòng)。

（本圖片素材來(lái)自于網(wǎng)絡(luò)）

而當(dāng)以諧振頻率發(fā)生諧振時(shí)，系統(tǒng)會(huì)非常有效地吸收和存儲(chǔ)外部能量。在電路中，通過電阻、電感和電容的組合來(lái)決定諧振頻率，當(dāng)電路在該諧振頻率下工作時(shí)，電感和電容之間將會(huì)高效地傳輸“電磁能”，從而使整個(gè)電路存儲(chǔ)的能量達(dá)到最大。

關(guān)于并聯(lián)諧振電路

首先先來(lái)看一下LC串聯(lián)諧振電路。電感和電容串聯(lián)在一起，如下圖所示。

（本圖片素材來(lái)自于網(wǎng)絡(luò)）

電容器和電感器兩端的電壓之和就是開路端子兩端的總電阻之和V=VL+VC。LC電路+Ve端子中的電流等于通過電感器(L)和電容器(C)的電流i=iL=iC。電感的感抗和頻率成正比，電容的容抗與頻率成反比。因此當(dāng)頻率增加時(shí)，電感的感抗XL增加，但是電容的容抗XC減小。

當(dāng)頻率達(dá)到某個(gè)特定值時(shí)，LC串聯(lián)電路的感抗和容抗相等，諧振就產(chǎn)生了

那么我們回到串聯(lián)諧振回路的阻抗Z。看一下諧振時(shí)候的Z是多少。

當(dāng)電路工作在諧振頻率f0時(shí)，根據(jù)上面的公式，帶入阻抗Z，可以得到Z=0.也就是說，LC串聯(lián)諧振電路，感抗和容抗相互抵消，對(duì)外呈現(xiàn)短路特性，電路中的電流最大。因此，串聯(lián)LC電路在與負(fù)載串聯(lián)連接時(shí)將充當(dāng)在諧振頻率下具有零阻抗的帶通濾波器。

當(dāng)頻率低于諧振頻率f0時(shí)，XC遠(yuǎn)大于XL，電路呈容性;當(dāng)工作頻率高于諧振頻率10時(shí)，XL遠(yuǎn)大于XC，電路呈感性。當(dāng)在工作頻率等于諧振頻率f0時(shí)，電流最大，電路只有電阻在工作。

關(guān)于串聯(lián)諧振電路

LC并聯(lián)電路電感和電容兩端的電壓相同V=VL=VC。流經(jīng)并聯(lián)LC電路的總電流等于流經(jīng)電感器的電流與流經(jīng)電容器的電流之和I=IL+IC.

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在諧振條件下，當(dāng)感抗(XL)等于容抗(XC)時(shí)，無(wú)功支路電流相等且相反。因此，它們彼此抵消，以使電路中的電流最小，在這種狀態(tài)下，總阻抗最大。LC并聯(lián)諧振電路的諧振頻率如下:

再來(lái)看一下諧振時(shí)候的電路阻抗Z。

把諧振頻率f0帶入到上面阻抗公式可以得到，阻抗呈無(wú)窮大，電路呈開路狀態(tài)。因此，并聯(lián)LC電路在與負(fù)載串聯(lián)時(shí)，將充當(dāng)在諧振頻率處具有無(wú)限阻抗的帶阻濾波器。與負(fù)載并聯(lián)的并聯(lián)LC電路將用作帶阻濾波器。

當(dāng)頻率低于諧振頻率f0時(shí)，XL遠(yuǎn)大于XC，電路呈感性;當(dāng)工作頻率高于諧振頻率f0時(shí)，XC遠(yuǎn)大于XL，電路呈容性。當(dāng)在工作頻率等于諧振頻率f0時(shí)，電流最小，阻抗最大。

LC諧振電路的其他應(yīng)用

當(dāng)然除了能夠改變回路阻抗以外，諧振電路在功放使用場(chǎng)景中還有其他的應(yīng)用。例如我們可以進(jìn)行濾波：

噪聲濾波

LC諧振利用其在諧振頻率下阻抗最小、非諧振頻率阻抗增大的特性，通過合理設(shè)置電感、電容參數(shù)，構(gòu)建濾波網(wǎng)絡(luò)。該網(wǎng)絡(luò)可有效篩選特定頻率信號(hào)，抑制其他頻段干擾與諧波成分，實(shí)現(xiàn)對(duì)信號(hào)的波形整形與凈化，在信號(hào)處理中發(fā)揮選頻與濾波功能，保障輸出信號(hào)的純凈度與質(zhì)量。

（本圖片素材來(lái)自于網(wǎng)絡(luò)）

帶阻濾波

還可以構(gòu)成帶阻濾波器，利用其在諧振頻率f0下呈現(xiàn)高阻抗的特性，實(shí)現(xiàn)對(duì)特定頻率信號(hào)的抑制。當(dāng)輸入信號(hào)流經(jīng)LC并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)時(shí)，若頻率等于f0，電感L和電容C的并聯(lián)組合因發(fā)生諧振，阻抗達(dá)到最大值且呈純電阻性，此時(shí)信號(hào)難以通過該網(wǎng)絡(luò)，相當(dāng)于被“阻斷”；而對(duì)于偏離f0的其他頻率信號(hào)，LC網(wǎng)絡(luò)的阻抗迅速減小，信號(hào)得以順利通過。通過調(diào)整電感L和電容C的參數(shù)，可精準(zhǔn)設(shè)定需抑制的頻率，最終實(shí)現(xiàn)有效濾除目標(biāo)干擾頻率、凈化信號(hào)的效果。

審核編輯 黃宇